Термоакустические автоколебания при поверхностном кипении жидкости в каналах

• Автор: Ассман, Владимир Александрович
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1985
• Место защиты: Ставрополь
• Количество страниц: 191 c. : ил

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Автоколебания давления при кипении в каналах;

их свойства
1.2. Существующие представления о механизме автоколебаний при поверхностном кипении в каналах

1.3. Постановка задачи исследования

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ АВТОКОЛЕБАНИЙ В КАНАЛАХ И НЕКОТОРЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ЗАМЕЧАНИЯ

2.1. Экспериментальная установка

2.2. Методика проведения опытов

2.3. Представление результатов. Погрешности измерений

2.4. Волны давления при пульсациях паровой фазы в канале

ГЛАВА 3. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И МЕХАНИЗМ АВТОКОЛЕБАНИЙ ПРИ
КИПЕНИИ В КАНАЛАХ
3.1. Характерные свойства и признаки автоколебаний;
их взаимосвязь с излучением звука при кипении
3.2. Корреляция пульсаций давления и паросодержания
в канале при автоколебаниях
3.3. Механизм автоколебаний в канале
3.4. Автоколебания в канале как самовозбуж дающиеся стоячие волны - ССВ. Динамика ССВ, механизм ограничения и срыва

3.5. Частотный спектр и структура поля ССВ
вывода
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ КИПЕНИЯ И ПАРАМЕТРОВ КАНАЛА НА
ХАРАКТЕРИСТИКИ АВТОКОЛЕБАНИЙ
4.1. Влияние недогрева, скорости и давления жидкости-теплоносителя на область существования и параметры автоколебаний
4.2. Влияние геометрических размеров канала и материала нагревателя на характеристики автоколебаний
4.3. Особый случай автоколебаний при больших паросодержаниях в среде
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

В связи с развитием таких областей техники, как атомная энергетика, ракетная техника, электроника СВЧ и других возникла необходимость охлаждения элементов конструкций, работающих при высоких тепловых нагрузках. Наибольшая интенсивность теплоотдачи может быть достигнута при поверхностном кипении жидкости--теплоносителя, протекающей по каналам охлаждения устройства. Однако теплообмен в таких условиях имеет особенность, которая может препятствовать его применению - он нередко сопровождается устойчивыми высокочастотными пульсациями давления в канале -/I/, имеющими характер автоколебаний (АК). Их частоты лежат в диапазоне от сотен герц до десятков килогерц, а амплитуда достигает половины значения статического давления в жидкости. Колебания с такими параметрами нарушают нормальную работу устройств, а в некоторых случаях приводят к усталостному разрушению каналов охлаждения. Все сказанное делает понятным внимание, уделяемое в последнее время исследованию свойств и механизма таких автоколебаний.
Несмотря на большое число работ, посвященных высокочастотным термоакустическим автоколебаниям в каналах с кипением, их свойства изучены недостаточно - экспериментальные результаты разных исследователей зачастую плохо согласуются между собой. Отсутствует также единая точка зрения на механизм генерации АК, а, следовательно, и научно обоснованные методы управления ими (в отличие от случаев апериодической и низкочастотной неустойчивостей гидравлической природы в канале, способы подавления которых хорошо разработаны). Все это обусловило необходимость выполнения предлагаемой работы.

/I/: перегретый поверхностный слой жидкости первоначально формируется ближе к концу канала, там и возникает кипение. Измерялась же усредненная по длине и сечению нагревателя температура.
Для проверки предположения, а также приемлемости методики, был поставлен опыт, в котором температура трубчатого нагревателя измерялась встроенной внутрь него стандартной ХК термопарой; ее спай находился в центральной части нагревателя. Результат опыта представлен на рис.2.4. Как видно, кривая для дТ аналогична зависимостям, полученным методом термометра сопротивления; в случае измерения термопарой резче выражено нарастание перегрева в предкризисной области - перед срывом АК. Таким образом, измерения дТ посредством термометра сопротивления приемлемы; их результаты позволяют судить о характере процесса кипения. "Отрицательные" значения дТ свидетельствуют о неразвитости процесса - велика доля конвективного теплообмена. Отметим, что возникновению АК (точке изгиба кривой р = |> (ср ) соответствует существенно положительное значение перегрева (около 20 К) и начало "площадки" кипения - см. рис.2.4.
Для измерения перегрева в опытах, представленных в гл.4, нагреватели предварительно градуировались. Погрешность градуировки - не более 0,3 К. Однако, такая точность может быть реализована лишь при однородных температурных условиях; выше же отмечалось, что неоднородность по длине нагревателя может превышать 20 К. В области развитого кипения, где возникают АК, эта неоднородность значительно меньше - однако начинает проявляться радиальный (по толщине стенки нагревателя) градиент температуры - /I/. Результирующая ошибка измерений дТ в этой области, обусловленная неоднородностью температуры, составляла единицы К.